部分还原氧化石墨烯的制备、 表征及对人宫颈癌HeLa细胞的体外杀伤作用

doi:10.7503/cjcu20210595

高等学校化学学报 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (2): 20210595.doi: 10.7503/cjcu20210595

部分还原氧化石墨烯的制备、表征及对人宫颈癌HeLa细胞的体外杀伤作用

王雪丽¹, 宋相伟², 解颜宁¹, 杜妮阳¹, 王振新³()

^1.吉林工商学院粮食学院, 长春 130507
^2.长春师范大学生命科学学院, 长春 130032
^3.中国科学院长春应用化学研究所, 长春 130022

收稿日期:2021-08-18 出版日期:2022-02-10 发布日期:2021-10-27
通讯作者: 王振新 E-mail:wangzx@ciac.ac.cn
基金资助:
国家自然科学基金(21475126);吉林省科技发展计划项目(20190304051YY);吉林省教育厅项目(JJKH20210879KJ);吉林工商学院项目(批准号: KB2019[001])和长春师范大学自然科学基金(批准号: 长师大自然合字[2018]第12号)资助

Preparation， Characterization of Partially Reduced Graphene Oxide and Its Killing Effect on Human Cervical Cancer Cells

WANG Xueli¹, SONG Xiangwei², XIE Yanning¹, DU Niyang¹, WANG Zhenxin³()

^1.Grain College, Jilin Business and Technology College, Changchun 130507, China
^2.Life Science of College, Changchun Normal University, Changchun 130032, China
^3.Changchun Institute of Applied Chemistry, the Chinese Academy of Sciences, Changchun 130022, China

Received:2021-08-18 Online:2022-02-10 Published:2021-10-27
Contact: WANG Zhenxin E-mail:wangzx@ciac.ac.cn
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(21475126);the Science and Technology Development Program of Jilin Province, China(20190304051yy);the Project of the Education Department of Jilin Province, China(JJKH20210879KJ);the Project of Jilin Business and Technology College, China(No.KB2019[001]) and the Natural Science Foundation of Changchun Normal University, China (No.Chang Shi Da He Zi [2018] No.12)

摘要/Abstract

摘要：

以氧化石墨烯(GO)为原料, 利用温和方法制备了3种不同还原程度的部分还原氧化石墨烯pRGO₁, pRGO₂和pRGO₃(pRGO_1—3)；利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、 X 射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见光谱(UV-Vis)、透射电子显微镜(TEM)和 EDS能谱对其结构和形貌进行了表征. 细胞实验结果表明, 无激光照射下pRGO_1—3本身的细胞毒性较低; 近红外(NIR)激光照射下pRGO_1—3通过光热和光毒性双重作用杀伤肿瘤细胞. 实验结果显示了pRGO 在肿瘤光热疗法和光动力疗法领域的应用潜力.

关键词: 部分还原氧化石墨烯, 宫颈癌细胞, 光热治疗, 光毒性治疗

Abstract:

Partially reduced grphene oxides（pRGO₁—pRGO₃， pRGO_1—3） were synthesized using a mild reduction method by incubating GO suspension under alkaline condition at room tempeature. Structure and morphology of the as-synthesized pRGO_1—3 nanocomposites were confirmed by means of FTIR， Raman， XPS， UV-Vis， transmission electron microscopy（TEM） and energy dispersive spectrometer（EDS）．pRGO possesses synergistic photodynamic and photothermal effects on tumor cell upon near-infrared（NIR） light irradiation. Consequently， pRGO can be expected to be a new nano carrier for tumor photodynamic and photothermal therapy.

Key words: Partially reduced graphene oxide, Human cervical cancer cells, Photothermal therapy, Phototoxicity therapy

中图分类号:

O656.4

TrendMD:

王雪丽, 宋相伟, 解颜宁, 杜妮阳, 王振新. 部分还原氧化石墨烯的制备、表征及对人宫颈癌HeLa细胞的体外杀伤作用. 高等学校化学学报, 2022, 43(2): 20210595.

WANG Xueli, SONG Xiangwei, XIE Yanning, DU Niyang, WANG Zhenxin. Preparation， Characterization of Partially Reduced Graphene Oxide and Its Killing Effect on Human Cervical Cancer Cells. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(2): 20210595.

图/表 14

Fig.1 UV?Vis spectra of GO and pRGO1—3(0.02 mg/mL)The inset shows a zoom?in view of the curves in the 800 nm region(top) and the suspensions of GO(1 mg /mL) and pRGO1—3(1 mg /mL)(bottom).

Fig.2 TEM images of GO(A), pRGO1(B), pRGO2(C) and pRGO3(D)

Fig.3 TEM images of GO(A), pRGO1(B), pRGO2(C) and pRGO3(D)after 14 days

Table 1 Peak position and absorbance of GO and pRGO1—3

Day	GO peak		pRGO₁ peak		pRGO₂ peak		pRGO₃ peak
Day	Position/nm	Absorbance	Position/nm	Absorbance	Position/nm	Absorbance	Position/nm	Absorbance
0	230	0.8798	230	0.6492	230	0.8397	233	0.8081
1	229	0.8661	230	0.6627	230	0.9041	232	0.8183
3	230	0.7955	230	0.6594	230	0.8597	233	0.8040
7	229	0.7872	230	0.6326	230	0.8230	233	0.8024
14	229	1.4661	229	0.6257	229	0.7690	233	0.8279

Fig.4 Stability of GO(A), pRGO1(B), pRGO2(C) and pRGO3(D)(0.02 mg/mL) in water at different daysDay: a. 0; b. 1; c. 3; d. 7; e. 14.

Fig.5 ATR?FTIR spectra(A), Raman spectra(B) and ID/IG(C) of GO and pRGO1—3(200 μg/mL)

Fig.6 ATR?FTIR spectra of GO(A), pRGO1(B), pRGO2(C) and pRGO3(D)before(a) and after(b) 14 d

Fig.7 C1s XPS spectra of GO(A), pRGO1(B), pRGO2(C) and pRGO3(D)(200 μg/mL)

Table 2 EDS data of GO and pRGO1—3

Element	Mass fraction（%）				Atomic fraction（%）
Element	GO	pRGO₁	pRGO₂	pRGO₃	GO	pRGO₁	pRGO₂	pRGO₃
C	61.3	62.5	63.4	66.7	67.8	68.1	69.8	72.8
O	38.7	37.5	36.6	33.3	32.2	31.9	30.2	27.2

Fig.8 Effects of irradiation time on photothermal heating curves of GO and pRGO1—3

Table 3 Photothermal conversion efficiency of GO and pRGO1—3

Sample	τ_s	hS	η_T（%）
GO	124.90	0.0073	17.2
pRGO₁	183.18	0.0036	20.2
pRGO₂	257.95	0.0050	31.7
pRGO₃	300.23	0.0033	38.7

Fig.9 Cell viability studies with different concentrations of pRGO1(A), pRGO2(B) and pRGO3(C)

Fig.10 Effect of laser irradiation[wihout(A) and with(B)] on HeLa cell treated with pRGO1—3(scale bar=40 μm)

Fig.11 SOSG stained cell images with laser irradiation(scale bar=10 μm)(A) and fluorescence spectra of pRGO1—3?SOSG?EP after NIR irradiation(B)

参考文献 30

1	Mendonça M. C.， Soares E. S.， de Jesus M. B.， Ceragioli H. J.， Batista Â. G.， Nyúl⁃Tóth Á.， Molnár J.， Wilhelm I.， Maróstica M. R. Jr， Krizbai I.， da Cruz⁃Höfling M. A.， Mol. Pharm.， 2016， 13（11）， 3913—3924
2	Zhang Y.， Liu S.， Li Y.， Deng D.， Si X.， Ding Y.， He H.， Luo L.， Wang Z.， Biosens. Bioelectron.， 2015， 66， 308—315
3	Ambrosi A.， Chua C.， Bonanni A.， Pumera M.， Chem. Mater.， 2012， 24（12）， 2292—2298
4	Xing X. J.， Liu X. G.， He Y.， Lin Y.， Zhang C. L.， Tang H. W.， Pang D. W.， Biomacromolecules， 2013， 14（1）， 117—123
5	Lepock J. R.， Int. J. Hyperthermia.， 2003， 19（3）， 252—266
6	Wang Y. H.， Deng H. H.， Liu Y. H.， Shi X. Q.， Liu A. L.， Peng H. P.， Hong G. L.， Chen W.， Biosens. Bioelectron.， 2016， 80， 140—145
7	Baigude H.， McCarroll J.， Yang C. S.， ACS Chem. Bio.， 2007， 2（4）， 237—241
8	Kam N. W.， Liu Z.， Dai H.， J. Am. Chem. Soc.， 2005， 127（36）， 12492—12493
9	Park J. H.， von Maltzahn G.， Xu M.J.， Fogal V.， Kotamraju V.R.， Ruoslahti E.， Bhatia S.N.， Sailor M.J.， Proc. Natl. Acad. Sci. USA， 2010， 107（3）， 981—986
10	Ma H. L.， Jiang Q.， Han S.， Wu Y.， Cui Tomshine J.， Wang D.， Gan Y.， Zou G.， Liang X.J.， Molecular Imaging， 2012， 11（6）， 487—498
11	Liu H.， Chen D.， Li L， Liu T.， Tan L.， Wu X.， Tang F.， Angew. Chem. Int. Ed. Engl.， 2011， 50（4）， 891—895
12	von Maltzahn G.， Park J. H.， Agrawal A.， Bandaru N. K.， Das S. K.， Sailor M. J.， Bhatia S. N.， Cancer Res.， 2009， 69（9）， 3892—3900
13	Huang X.， Tang S.， Mu X.， Dai Y.， Chen G.， Zhou Z.， Ruan F.， Yang Z.， Zheng N.， Nat. Nanotechnol.， 2011， 6（1）， 28—32
14	Liu X.， Tao H.， Yang K.， Zhang S.， Lee S. T.， Liu Z.， Biomaterials， 2011， 32（1）， 144—151
15	Hong H.， Yang K.， Zhang Y.， Engle J. W.， Feng L.， Yang Y.， Nayak T. R.， Goel S.， Bean J.， Theuer C. P.， Barnhart T. E.， Liu Z.， Cai W.， ACS Nano， 2012， 6（3）， 2361—2370
16	Shi S.， Yang K.， Hong H.， Valdovinos H. F.， Nayak T. R.， Zhang Y.， Theuer C. P.， Barnhart T. E.， Liu Z.， Cai W.， Biomaterials， 2013， 34（12）， 3002—3009
17	Tian B.， Wang C.， Zhang S.， Feng L.， Liu Z.， ACS Nano， 2011， 5（9）， 7000—7009
18	Wang H.， Chang J.， Shi M.， Pan W.， Li N.， Tang B.， Angew. Chem. Int. Ed.，2019， 58（4）， 1057—1061
19	Yu Z.， Sun Q.， Pan W.， Li N.， Tang B.， ACS Nano， 2015， 9（11）， 11064—11074
20	Moon H.， Kumar D.， Kim H.， Sim C.， Chang J. H.， Kim J. M.， Kim H.， Lim D. K.， ACS Nano， 2015， 9（3）， 2711—2719
21	Ma D. Y.， Li X. X.， Guo Y. X.， Zeng Y. R.， Acta. Photon. Sin.， 2017， 46（12）， 1216002（马德跃，李晓霞，郭宇翔，曾宇润. 光子学报， 2017， 46（12）， 1216002）
22	Roper D. K.， Ahn W.， Hoepfner M.， J. Phys. Chem. C. Nanomater Interfaces.， 2007， 111（9）， 3636—3641
23	Tan L.， Wang S.， Xu K.， Liu T.， Liang P.， Niu M.， Fu C.， Shao H.， Yu J.， Ma T.， Ren X.， Li H.， Dou J.， Ren J.， Meng X.， Small， 2016， 12（15）， 2046—2055
24	Rogers C. J.， Dickerson T. J.， Wentworth P.， Janda K. D.， Tetrahedron， 2005， 61（51）， 12140—12144
25	Price M.， Reiners J. J.， Santiago A. M.， Kessel D.， Photochem. Photobiol.， 2009， 85（5）， 1177—1181
26	Yan F.， Zhang Y.， Kim K. S.， Yuan H. K.， Vo⁃Dinh T.， Photochem. Photobiol.， 2010， 86（3）， 662—666
27	Huang Y. F.， Chang H. T.， Tan W.， Anal. Chem.， 2008， 80（3）， 567—572
28	Tang Z.， Zhu Z.， Mallikaratchy P.， Yang R.， Sefah K.， Tan W.， Chem. Asian J.， 2010， 5（4）， 783—786
29	Xu Y. X.， Bai H.， Lu G. W.， Li C.， Shi G.， J. Am. Chem. Soc.， 2008， 130（18）， 5856—5857
30	Xu Y. X.， Zhao L.， Bai H.， Hong W.， Li C.， Shi G.， J. Am. Chem. Soc.， 2009， 131（37）， 13490—13497

[1]	刘树威, 晋皓, 尹万忠, 张皓. 用于卵巢癌化疗-光热联合治疗的吉西他滨/聚吡咯复合纳米粒子[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(8): 20220345.
[2]	陆峰, 贡祎, 赵婷, 赵宁, 琚雯雯, 范曲立, 黄维. 二元混合表面活性剂用于窄吸收金纳米棒的无种子合成[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(3): 700.
[3]	邬丰任,刘永佳,陆学民,朱邦尚. 聚多巴胺修饰金纳米花的可控制备及在光热治疗中的应用[J]. 高等学校化学学报, 2020, 41(3): 465.
[4]	邵伟, LEE Jiyoung, 李方园, 凌代舜. 有机小分子纳米粒子的光学诊疗应用[J]. 高等学校化学学报, 2020, 41(11): 2356.
[5]	张书鹏, 程友星, 任磊, 文凯, 吕晓林, 叶社房, 周樨. 不同形貌普鲁士蓝纳米粒子的合成及光热性能[J]. 高等学校化学学报, 2018, 39(2): 359.
[6]	王雪丽, 王振新. 基于部分还原氧化石墨烯纳米复合材料的肿瘤靶向光动力-光热联合治疗剂的制备[J]. 高等学校化学学报, 2018, 39(10): 2185.
[7]	布林朝克, 郭婷, 张邦文, 戴志安, 俞慧涛, 邢瑞光, 资卢雄. 部分还原氧化石墨烯-Fe₃O₄对水中Mn(Ⅱ)的快速去除[J]. 高等学校化学学报, 2017, 38(2): 217.
[8]	孔祥权, 严刚, 邝淼, 容建华. 还原氧化石墨烯-硫化铜纳米复合材料的制备及在癌症热疗中的应用[J]. 高等学校化学学报, 2016, 37(1): 1.
[9]	刘宇炜, 郭卓. 聚多巴胺-阿霉素纳米颗粒对癌细胞的化疗-光热治疗协同作用[J]. 高等学校化学学报, 2015, 36(7): 1389.
[10]	陈娜, 秦颂兵, 张兵波, 张旭光, 周菊英, 涂彧. 靶向性纳米金探针对宫颈癌细胞的激光扫描共聚焦散射成像[J]. 高等学校化学学报, 2012, 33(05): 1041.

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